Structural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsStructural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsСтроительная механика инженерных конструкций и сооружений1815-52352587-8700Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)2447110.22363/1815-5235-2020-16-4-290-297Experimental researchesЭкспериментальные исследованияResearch ArticleResults of experimental studies of high-strength fiber reinforced concrete beams with round cross-sections under combined bending and torsionРезультаты экспериментальных исследований сложнонапряженных балок круглого поперечного сечения из высокопрочного фиброжелезобетона6462-2331TravushVladimir I.ТравушВладимир Ильич

Vice President, Doctor of Technical Sciences, Professor

вице-президент, доктор технических наук, профессор

vlik52@mail.ru3027-2197KarpenkoNikolay I.КарпенкоНиколай Иванович

Head of Laboratory “Problems of Strength and Quality in Building”, Doctor of Technical Sciences, Professor

заведующий лабораторией «Проблемы прочности и качества в строительстве», доктор технических наук, профессор

vlik52@mail.ru3990-0345KolchunovVladimir I.КолчуновВладимир Иванович

Professor at the Department of Unique Buildings and Structures, Doctor of Technical Sciences, Professor

профессор кафедры уникальных зданий и сооружений, доктор технических наук, профессор

vlik52@mail.ruKaprielovSemen S.КаприеловСемен Суренович

Head of Laboratory, Doctor of Technical Sciences

заведующий лабораторией, доктор технических наук

vlik52@mail.ru1447-1505DemyanovAlexey I.ДемьяновАлексей Иванович

Associate Professor at the Department of Unique Buildings and Structures, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

доцент кафедры уникальных зданий и сооружений, кандидат технических наук, доцент

vlik52@mail.ruBulkinSergei A.БулкинСергей Александрович

chief designer

главный специалист-конструктор

vlik52@mail.ruMoskovtsevaVioletta S.МосковцеваВиолетта Сергеевна

engineer at the Department of Unique Buildings and Structures

инженер кафедры уникальных зданий и сооружений

vlik52@mail.ruRussian Academy of Architecture and Construction SciencesРоссийская академия архитектуры и строительных наукBuilding Physics Research Institute of the Russian Academy of Architecture and Construction SciencesНаучно-исследовательский институт строительной физики РААСНSouth-West State UniversityЮго-Западный государственный университетDesign and Technological Institute of Concrete and Reinforced Concrete named after A.A. GvozdevНаучно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона имени А.А. ГвоздеваGORPROJECTЗАО «Горпроект»15122020164VOL 16, NO4 (2020)ТОМ 16, №4 (2020)29029729082020Copyright ©; 2020, Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov V.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Bulkin S.A., Moskovtseva V.S.Copyright ©; 2020, Травуш В.И., Карпенко Н.И., Колчунов В.И., Каприелов С.С., Демьянов А.И., Булкин С.А., Московцева В.С.2020Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov V.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Bulkin S.A., Moskovtseva V.S.Травуш В.И., Карпенко Н.И., Колчунов В.И., Каприелов С.С., Демьянов А.И., Булкин С.А., Московцева В.С.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/24471

The aim of the work - experimental investigation on crack propagation and deformation in high-strength fiber reinforced concrete beams with round cross-sections under combined bending and torsion for the development of practical methods of crack resistance, deformation and strength analysis of such structures, and also for the accumulation of new experimental data on resistance under combined loading. Method is experimental-theoretical. Results. Deflection plots and force-deformation relationships for high-strength fiber reinforced concrete beams with round cross-sections under combined bending and torsion are determined experimentally. Principal deformations in terms of elongation and compression of concrete for the experimental beam structures with high torsion to bending moment ratio are determined. It is established that for high-strength fiber reinforced concrete structures of circular cross-section, generally, development of one-two discrete cracks is observed, therefore the circular shape of the cross-section slightly reduces the concentration defined by the material structure of high-strength concrete. On the basis of the conducted investigation on high-strength fiber reinforced concrete structures with circular sections, new experimental data on the combined stress-strain state in the studied areas of resistance is obtained, such as: values of generalized cracking, and failure, load, its level relative to the ultimate load; distance between the cracks at different stages of crack propagation; crack widths at principal reinforcement axis level, at a double diameter distance from the principal rebar axes and also along the entire crack profile at various stages of loading; coordinates of nonplanar crack formations; patterns of crack formation, development and opening in reinforced concrete structures under combined bending and torsion.

Цель исследования - экспериментальное изучение особенностей трещинообразования и деформирования сложно напряженных балок круглого поперечного сечения из высокопрочного фиброжелезобетона для развития практических методов расчета трещиностойкости, жесткости и прочности таких конструкций при кручении с изгибом, а также для накопления новых опытных данных о сложном силовом сопротивлении. Метод исследования - экспериментально-теоретический. Результаты. Экспериментально определены опытные значения и построены графики прогибов и углов поворота, зависимостей деформаций бетона от нагрузки для сложнонапряженных балок круглого поперечного сечения из высокопрочного фиброжелезобетона. Определены главные деформации удлинения и укорочения бетона для опытных конструкций балок с высоким уровнем соотношения крутящего и изгибающего моментов. Установлено, что для железобетонных конструкций из высокопрочного фиброжелезобетона круглого сечения, как правило, наблюдается развитие дискретных одной-двух трещин, следовательно, круглая форма поперечного сечения несколько снижает концентрацию, обусловленную структурой высокопрочного бетона. На основании проведенных испытаний железобетонных конструкций из высокопрочного фиброжелезобетона круглого сечения получены новые экспериментальные данные о сложном напряженно-деформированном состоянии в исследуемых областях сопротивления, такие как: значения обобщенной нагрузки трещинообразования и разрушения, ее уровень относительно предельной нагрузки; расстояние между трещинами на разных уровнях трещинообразования; ширина раскрытия трещин на уровне оси рабочей арматуры и на удалении двух диаметров от осей арматуры, а также вдоль всего профиля трещины на различных ступенях нагружения; координаты точек образования пространственных трещин; схемы образования, развития и раскрытия трещин железобетонных конструкций при рассматриваемом сложном напряженном состоянии - кручении с изгибом.

reinforced concrete structureshigh-strength concretefiber reinforced concretecombined bending and torsionexperimental resultsжелезобетонные конструкциивысокопрочный бетонфиброжелезобетонкручение с изгибомрезультаты экспериментаTravush V.I., Kolchunov V.I., Klyueva N.V. Some directions of development of survivability theory of structural systems of buildings and structures. Industrial and civil engineering. 2015;(3):4-11. (In Russ.)Травуш В.И., Колчунов В.И., Клюева Н.В. Некоторые направления развития теории живучести конструктивных систем зданий и сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 3. С. 4–11.Nazarov Yu.P., Gorodetskiy A.S., Simbirkin V.N. K probleme obespecheniya zhivuchesti stroitel'nykh konstruktsiy pri avariynykh vozdeystviyakh [About a problem of survivability support of building structures subjected to emergency actions]. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2009;(4):5-9. (In Russ.)Назаров Ю.П., Городецкий А.С., Симбиркин В.Н. К проблеме обеспечения живучести строительных конструкций при аварийных воздействиях // Строительная механика и расчет сооружений. 2009. № 4. С. 5–9.Kodysh E.N. Designing the protection of buildings and structures against progressive collapse in view of the emergence of a special limiting state. Industrial and civil engineering. 2018;(10):95-101. (In Russ.)Кодыш Э.Н. Проектирование защиты зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения с учетом возникновения особого предельного состояния // Промышленное и гражданское строительство. 2018. № 10. С. 95–101.Travush V.I., Shapiro G.I., Kolchunov V.I., Leontyev Ye.V., Fedorova N.V. Design of protection of large-panel buildings against progressive collapse. Housing construction. 2019;(3):40-46. (In Russ.)Травуш В.И., Шапиро Г.И., Колчунов В.И., Леонтьев Е.В., Федорова Н.В. Проектирование защиты крупнопанельных зданий от прогрессирующего обрушения // Жилищное строительство. 2019. № 3. С. 40–46.Bondarenko V.M. Raschetnye modeli silovogo soprotivleniya zhelezobetona [Analytical models reinforced concrete resistance]. Moscow: ASV Publ.; 2004. (In Russ.)Бондаренко В.М., Колчунов В.И. Концепция и направления развития теории конструктивной безопасности зданий и сооружений при силовых и средовых воздействиях // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 2. С. 28–31.Shan S. et al. Experimental study on the progressive collapse performance of RC frames with infill walls. Eng. Struct. 2016;(111):80-92.Shan S. et al. Experimental study on the progressive collapse performance of RC frames with infill walls // Eng. Struct. 2016. Vol. 111. Pp. 80–92.Jariwalaa V.H., Patel P.V., Purohit S.P. Strengthening of RC beams subjected to combined torsion and bending with GFRP composites. Procedia Engineering. 2013;(51):282-289.Jariwalaa V.H., Patel P.V., Purohit S.P. Strengthening of RC beams subjected to combined torsion and bending with GFRP composites // Procedia Engineering. 2013. Vol. 51. Pp. 282–289.Golyshev A.B. Soprotivlenie zhelezobetona [The resistance of reinforced concrete]. Kiev: Osnova Publ.; 2009. (In Russ.)Голышев А.Б., Колчунов В.И. Сопротивление железобетона. К.: Основа, 2009. 432 с.Bondarenko V.M., Kolchunov V.I. Kontseptsiya i napravleniya razvitiya teorii konstruktivnoy bezopasnosti zdaniy i sooruzheniy pri silovykh i sredovykh vozdeystviyakh [The concept and directions of development of the theory of structural safety of buildings and structures under the influence of force and environmental factors]. Industrial and civil engineering. 2013;(2):28-31. (In Russ.)Бондаренко В.М., Колчунов Вл.И. Расчетные модели силового сопротивления железобетона. М.: АСВ, 2004. 472 с.Morozov V.I., Bakhotsky I.V. Calculation fibre-reinforced structures subject to joint effect of torsion of the bend. Modern problems of science and education. 2013;(5):109. (In Russ.)Морозов В.И., Бахотский И.В. К расчету фиброжелезобетонных конструкций, подверженных совместному воздействию кручения с изгибом // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5. С. 109.Bakhotsky I.V. Experimental investigations of fibre-reinforced concrete elements exposed to bending with torsion. Modern problems of science and education. 2013;(5):99. (In Russ.)Бахотский И.В. Экспериментальные исследования фиброжелезобетонных конструкций, подверженных совместному воздействию кручения с изгибом // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5. С. 99.Mostofinejad D., Talaeitaba S.B. Nonlinear modeling of RC beams subjected to torsion using the smeared crack model. Procedia Engineering. 2011;(14):1447-1454.Mostofinejad D., Talaeitaba S.B. Nonlinear modeling of RC beams subjected to torsion using the smeared crack model // Procedia Engineering. 2011. No. 14. Pp. 1447–1454.Hii A.K.Y., Al-Mahaidi R. An experimental and numerical investigation on torsional strengthening of solid and boxsection RC beams using CFRP laminates. Composite Structures. 2006;75(1):213-221.Hii A.K.Y., Al-Mahaidi R. An experimental and numerical investigation on torsional strengthening of solid and boxsection RC beams using CFRP laminates // Composite Structures. 2006. No. 75 (1). Pp. 213–221.Ghobarah A., Ghorbel M.N., Chidiak S.E. Upgrading torsional resistance of reinforced concrete beams using fiberreinforced polymer. Journal of Composites for Construction (ASCE). 2002;6(4):257-263.Ghobarah A., Ghorbel M.N., Chidiak S.E. Upgrading torsional resistance of reinforced concrete beams using fiber-reinforced polymer // Journal of Composites for Construction (ASCE). 2002. No. 6 (4). Рp. 257–263.Demyanov A., Kolchunov V.I. The dynamic loading in longitudinal and transverse reinforcement at instant emergence of the spatial сrack in reinforced concrete element under the action of a torsion with bending. Journal of Applied Engineering Science. 2017;15(3):381-386. doi: 10.5937/jaes15-14663.Demyanov A., Kolchunov Vl. The dynamic loading in longitudinal and transverse reinforcement at instant emergence of the spatial сrack in reinforced concrete element under the action of a torsion with bending // Journal of Applied Engineering Science. 2017. Vol. 15. Pp. 377–382.Lin K. et al. Experimental study of a novel multi-hazard resistant prefabricated concrete frame structure. Soil Dyn. Earthq. Eng. 2019;(119):390-407.Lin K. et al. Experimental study of a novel multi-hazard resistant prefabricated concrete frame structure // Soil Dyn. Earthq. Eng. 2019. Vol. 119. Pp. 390–407.Ogawa Y., Kawasaki Y., Okamoto T. Fracture behavior of RC members subjected to bending shear and torsion using acoustic emission method. Construction and Building Materials. 2014;67:165-169. doi: 10.1016/j.conbuildmat. 2014.05.100.Ogawa Y., Kawasaki Y., Okamoto T. Fracture behavior of RC members subjected to bending shear and torsion using acoustic emission method // Construction and Building Materials. 2014. Vol. 67. Pp. 165–169.Awadh E.A. Torsion plus bending and shear on reinforced concrete beams. Journal of Engineering and Sustainable Development. 2016;(4):277-288.Awadh E.A. Torsion plus bending and shear on reinforced concrete beams // Journal of Engineering and Sustainable Development. 2016. No. 4. Pр. 277–288.Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov Vl.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Konorev A.V. Main results of experimental studies of reinforced concrete structures of high-strength concrete B100 round and circular cross sections in torsion with bending. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2019;15(1):51-61. http://dx. doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-1-51-61 (In Russ.)Травуш В.И., Карпенко Н.И., Колчунов Вл.И., Каприелов С.С., Демьянов А.И., Конорев А.В. Основные результаты экспериментальных исследований железобетонных конструкций из высокопрочного бетона В100 круглого и кольцевого сечений при кручении с изгибом // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2019. Т. 15. № 1. С. 51–61. http://dx.doi.org/ 10.22363/1815-5235-2019-15-1-51-61Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov Vl.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Konorev A.V. The results of experimental studies of structures square and box sections in torsion with bending. Buildings and Reconstruction. 2018; 6(80):32-43. (In Russ.)Травуш В.И., Карпенко Н.И., Колчунов Вл.И., Каприелов С.С., Демьянов А.И., Конорев А.В. Результаты экспериментальных исследований конструкций квадратного и коробчатого сечений из высокопрочного бетона при кручении с изгибом // Строительство и реконструкция. 2018. № 6 (80). С. 32–43.Kolchunov Vl.I., Demyanov A.I., Naumov N.V. The program and methodology of experimental studies of composite reinforced concrete structures under the action torsion with bending. Buildings and Reconstruction. 2018; 1(75):22-30. (In Russ.)Колчунов Вл.И., Демьянов А.И., Наумов Н.В. Программа и методика экспериментальных исследований составных железобетонных конструкций при кручении с изгибом // Строительство и реконструкция. 2018. № 1 (75). С. 22–30.Kolchunov Vl.I., Salnikov A.S. Eksperimental'nyye issledovaniya treshchinoobrazovaniya zhelezobetonnyye konstruktsiy pri kruchenii s izgibom [Experimental studies of crack formation reinforced concrete constructions in torsion with bending]. Buildings and Reconstruction. 2016;3(65): 24-32. (In Russ.)Колчунов Вл.И., Сальников А.С. Экспериментальные исследования трещинообразования железобетонные конструкций при кручении с изгибом // Строительство и реконструкция. 2016. № 3 (65). С. 24–32.